El uso de transistores con voltaje de compuerta (o base) limitado hará que limiten la corriente, lo que introducirá una caída de voltaje significativa a través del transistor, haciendo que se disipe energía. Esto se considera malo, desperdiciando energía y acortando la vida del componente.
Esto es malo cuando el transistor está destinado a ser utilizado como un interruptor. Si tiene la intención de usarlo en modo lineal, entonces es el modo de operación previsto y está perfectamente bien. Sin embargo, algunas condiciones deben respetarse para no dañarlo:
1) Temperatura máxima de la matriz, es decir, Potencia x Rth
Rth es la "resistencia térmica del dado al aire", que es la suma de las resistencias térmicas:
- caso de unión, ver hoja de datos, depende de cómo se construya internamente la pieza
- el disipador térmico de la caja depende de TIM (material de interfaz térmica, grasa, almohadilla de silicona, etc., ya sea aislante o no) y también depende de la superficie del TIM (un paquete grande como TO247 tiene mucho más que TO220, por lo que tendrá Rth inferior)
- disipador de aire que depende del tamaño del disipador de calor, flujo de aire, si usa un ventilador o no, etc.
Para baja potencia (unos pocos vatios) puede usar el plano de tierra de la PCB como disipador de calor, hay muchas maneras de hacerlo.
2) Área de operación segura (SOA)
Aquí es donde sopla su transistor.
Cuando se opera en modo lineal (sin conmutación), tanto BJT como MOSFET conducirán más corriente para los mismos Vgs (o Vbe) cuando estén calientes. Por lo tanto, si se forma un punto caliente en el dado, conducirá una densidad de corriente más alta que el resto del dado, entonces este punto se calentará más, luego acaparará más corriente, hasta que explote.
Para los BJT, esto se conoce como fuga térmica o segundo desglose, y para los MOSFET es un punto crítico.
Esto depende en gran medida del voltaje. Hotspotting se dispara a una densidad de potencia específica (disipación) en el chip de silicio. A una corriente dada, la potencia es proporcional al voltaje, por lo que a voltajes bajos no ocurrirá. Este problema ocurre con voltajes de "alta ish". La definición de "highish" depende del transistor y otros factores ...
Era de conocimiento común que los MOSFET eran inmunes a esto, "más resistentes que los BJT", etc. Esto es cierto para las tecnologías MOSFET más antiguas como Planar Stripe DMOS, pero ya no es cierto con los FET optimizados para la conmutación como la tecnología Trench.
Por ejemplo, verifique este FQP19N20, hoja de datos página 4 fig 9, "área de operación segura". Observe que se especifica para CC, y el gráfico tiene una línea horizontal en la parte superior (corriente máxima), una línea vertical a la derecha (tensión máxima) y estas dos líneas están unidas por una sola línea diagonal que proporciona la potencia máxima. Tenga en cuenta que este SOA es optimista, ya que está en Tcase = 25 ° C y otras condiciones, si el disipador térmico ya está caliente, por supuesto, el SOA será más pequeño. Pero este transistor funciona bien en modo lineal, no funcionará . Lo mismo para el viejo IRFP240 que se usa comúnmente en amplificadores de audio con gran éxito.
Ahora mire el enlace publicado por τεκ, muestra gráficos SOA con una línea adicional a la derecha, con una pendiente descendente muy abrupta. Esto es cuando ocurre el hotspotting. No desea utilizar este tipo de FET en un diseño lineal.
Sin embargo, tanto en FET como en BJT, el punto de acceso requiere voltajes altos en comparación con el voltaje máximo. Entonces, si su transistor siempre tiene un Vce o Vds de unos pocos voltios (que debería tener en este escenario), entonces no habrá ningún problema. Verifique el transistor SOA. Por ejemplo, puede usar una fuente de corriente basada en opamp , pero se encontraría con los mismos problemas a baja corriente dependiendo del voltaje de compensación de entrada del opamp.
Una mejor solución a su problema ...
simular este circuito : esquema creado con CircuitLab
A la izquierda: puede PWM un FET u otro. Las diferentes resistencias de drenaje determinan la corriente en la configuración máxima de PWM. Cuando el PWM para el FET izquierdo llega a cero, puede continuar disminuyendo el PWM del otro FET. Esto le da un control mucho más fino en las intensidades de poca luz.
Básicamente es como un DAC de potencia de 2 bits con pesos de bits que puede ajustar eligiendo valores de resistencia (y debe ajustar las resistencias según lo que necesite).
A la derecha, esto es lo mismo, pero un BJT conectado como sumidero de corriente proporciona control analógico a baja intensidad.
Recomiendo ir con el de la izquierda, ya que es el más simple y probablemente ya tenga todas las partes.
Otra buena solución es usar un controlador LED de corriente constante de conmutación con corriente promedio ajustable. Esta es la solución de mayor eficiencia para LED de alta potencia. Sin embargo, si maneja una tira de LED, esto no ayudará mucho con la eficiencia, ya que las resistencias en la tira de LED seguirán quemando energía.